Když se titanová elektrotermická trubice používá k ohřevu kondenzujícího vlhkého vzduchu obsahujícího stopovou kyselinu sírovou, jaká povrchová úprava prodlužuje její životnost na více než 3 roky?

Základní výměna-provedení titanového ohřívače pro FGD Scrubber Service
Recirkulující suspenze obsahující siřičitan vápenatý, popílek a chloridy koncentrované ze vstupního uhlí se používá k provozu praček odsiřování spalin (FGD) při teplotách mezi 60 a 80 stupni. Pračky FGD mají často koncentrace chloridů v rozmezí 20 000 až 50 000 ppm. To poskytuje velmi agresivní prostředí štěrbinové koroze na jakémkoli utěsněném spoji, kde titanová topná trubka proniká stěnou pračky nebo je podepřena konzolami. Inženýři obecně předpokládají, že silnější titanový plášť poskytuje ekvivalentní ochranu proti štěrbinové korozi. Neúspěchy v terénu ale vyprávějí opačný příběh. Mnoho 2,0 mm trubek ve stěně praskne ve štěrbinách těsnění během 18 měsíců, zatímco 1,2 mm trubky s dobrým designem vydrží více než 5 let. Důvod pro to lze vysvětlit základním mechanismem štěrbinové koroze; geometrie, difúze kyslíku a schopnost udržovat stabilní pasivní povlak; vlastnosti, které se okamžitě nezlepší tloušťkou stěny a mohou se dokonce zhoršit.

Vliv na mechanickou integritu: Mechanismus štěrbinové koroze
Chlorides generate crevice corrosion which happens when oxygen transport into the crevice interior is hindered by a small gap (often 0.1 to 0.5 mm) between the titanium sheath and a gasket or support bracket. The crevice oxygen concentration lowers quickly and the outer surface stays well oxygenated. This difference in aeration cell causes active corrosion of the interior. This lowers the pH from neutral to 2-3 by hydrolysis of titanium chloride. The wall thickness is not the crucial characteristic for the gap geometry which controls the beginning of crevice corrosion. A broader gap (>0,5 mm) umožňuje vstup dostatečného množství kyslíku pro repasivaci titanu, zatímco je těsnější mezera (<0.05 mm) completely precludes oxygen and results in fast attack. The thickness of the titanium tube wall does not influence the oxygen diffusion pathway in the fissure, only the size of the crevice matter. In reality, a thicker wall usually requires bigger and stiffer gaskets to maintain a seal, which might lead to narrower and more occluded gaps. Finite element modeling of the crevice geometry indicates that a 2.0 mm Ti tube produces a 30% narrower crevice width than a 1.2 mm tube for a given gasket compression force because of the reduced deformation of the thicker material under clamping pressure that closes the microscopic gaps through which some oxygen can ingress.

Vliv na tepelný výkon Teplota jako katalyzátor
Kinetika štěrbinové koroze je přímo zesílena tepelným gradientem napříč titanovým pláštěm. Při stejné hustotě výkonu je vnější povrchová teplota vyšší u silnější stěny kvůli vyššímu vodivému odporu. Například 2,0 mm stěna při 3 W/cm2, 80stupňová čistící suspenze bude mít vnější povrchovou teplotu přibližně 102 stupňů, zatímco 1,2 mm stěna ve stejné suspenzi bude mít vnější povrchovou teplotu asi 93 stupňů. Rychlosti štěrbinové koroze sledují Arrheniův vztah, přibližně se zdvojnásobují při každém zvýšení teploty o 9 stupňů. Takže tlustší stěna, která běží tepleji, může ve skutečnosti projít rychleji, i když má více materiálu k propálení. Experimentální data ze simulantů pračky FGD (50 000 ppm Cl⁻, pH 4,5, objem 80 stupňů) naznačují, že 1,2 mm titanová trubka s dobře navrženou štěrbinou 0,25 mm vydrží 6 let, zatímco 2,0 mm trubka s těsnou štěrbinou 08 mm při stejné štěrbině 14 mm selže. měsíce-silnější zeď selže téměř pětkrát rychleji.

Trade-Off Synthesis: A Design Guide for Gasket Crevice Control
Následující matice je navržena tak, aby pomohla při výběru tloušťky stěny titanové trubky a designu těsnění pro ohřívače praček FGD a je založena na terénních údajích z více než 50 provozovaných uhelných-elektráren.

Typ těsnění a geometrie štěrbiny Doporučená tloušťka stěny titanu Předpokládaná životnost štěrbinové koroze Technická základna jádra
Těsnění pláště z PTFE s elastomerovým jádrem (šířka štěrbiny 0,3-0,5 mm, stlačitelné)1,2 mm – 1,5 mm 6 – 8 let Široká trhlina propouští kyslík, aby repasivoval titan. Tenčí stěna běží chladněji, což snižuje kinetiku koroze.
Ploché těsnění z PTFE, šířka štěrbiny 0,1 až 0,2 mm, nestlačitelné-1,5 mm – 1,8 mm 3 – 4 roky Štěrbina je mírně těsná, omezuje vstup kyslíku. Silnější stěna přidává přídavek na korozi, ale vyšší rychlosti povrchu útočí. Přijatelné služby mírného stupně závažnosti.
Kovem-vyztužené těsnění z lisovaných vláken (šířka štěrbiny<0,1 mm)Not recommended (any thickness) < 18 months Too tight for oxygen penetration. Thicker walls break faster owing to higher temperature Increase thickness of wall, change gasket design.
Trubkový spoj, svařovaný nebo rozšířený (bez těsnění, bez štěrbiny) 1,0 mm 1,2 mm > 10 let Jediným úplným řešením je odstranit štěrbinu. Stěna musí být dostatečně silná, aby zvládla tlak.
Engineering Beyond the Wall: Crevice Elimination jako hlavní strategie
U ohřívačů praček FGD je nejlepším způsobem, jak se vyhnout štěrbinové korozi -chloridy, štěrbinu odstranit, nikoli zvětšit tloušťku stěny. Přivařením titanové trubky přímo k titanové přírubě nebo rozšířením konce trubky tak, aby bylo zajištěno kovové těsnění - až - bez těsnění, je eliminován článek koncentrace kyslíku, který podporuje korozi. V aplikacích dodatečné montáže, kde svařování není možné, je optimálním kompromisem design se širokou mezerou s lisovaným těsněním z PTFE se záměrnou vůlí 0,4-0,5 mm spolu s titanovou stěnou 1,2 mm. Rutinní posouzení kompresní síly těsnění je nezbytné, protože přílišné utažení příruby zmenšuje šířku štěrbiny a způsobuje rychlé napadení, bez ohledu na tloušťku stěny.

Závěry: Štěrbinová koroze: Žádná bezpečnost podle tloušťky
U ohřívače pračky FGD s titanovými trubkami neposkytuje silnější stěna vždy vynikající ochranu proti štěrbinové korozi u těsnění vyvolané chloridem. Primárními determinanty jsou tvar (šířka a přístup kyslíku) trhliny a povrchová teplota. Silná stěna (2,0 mm) a těsné těsnění vytvářejí úzkou, vyhřívanou štěrbinu, která urychluje korozi do bodu, kdy je přebytečný materiál spotřebován rychleji než tenká stěna v dobře postavené mezeře. Nejlepším provedením je titanový plášť o tloušťce 1,2–1,5 mm a stlačitelné těsnění, které zachovává šířku štěrbiny 0,3–0,5 mm nebo ideálně svařovaný spoj, který odstraňuje trhlinu. Při objednávání ohřívačů pračky FGD jsou nejdůležitějšími údaji, které nabízíme, odhadovaná koncentrace chloridů (ppm) a typ těsnění a specifikace komprese. Ne silnější zeď jako bezpečnostní nárazník.